超磁致伸縮作動(dòng)器的磁場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及特性研究.pdf

1、超磁致伸縮材料作為一種極具潛力的新型功能材料，正逐步得到各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。本文以獲得最優(yōu)磁場(chǎng)為目標(biāo)，設(shè)計(jì)了一款超磁致伸縮作動(dòng)器。對(duì)其磁場(chǎng)及其輸出特性進(jìn)行了仿真研究，根據(jù)其輸出特性設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，并應(yīng)用此臺(tái)架對(duì)作動(dòng)器進(jìn)行了不同情況下輸出特性實(shí)驗(yàn)研究。
　　超磁致伸縮作動(dòng)器磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為偏置磁場(chǎng)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)設(shè)計(jì)以及磁路的設(shè)計(jì)。偏置磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)中，本文借鑒現(xiàn)有幾種永磁鐵布置方式的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了多分段圓柱永磁鐵的布置方式，通過布置方式的

2、改變提高了偏置磁場(chǎng)的效能。驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)中，從功率優(yōu)化的角度對(duì)驅(qū)動(dòng)線圈進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。磁路設(shè)計(jì)中，以獲得閉合磁路并使作動(dòng)器輸出位移最大化為目標(biāo)，通過理論計(jì)算對(duì)磁路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。最終確定了作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)尺寸。
　　本文應(yīng)用 ANSOFT有限元軟件對(duì)作動(dòng)器的靜態(tài)磁場(chǎng)和動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)進(jìn)行了仿真分析，并結(jié)合MATLAB軟件編程，模擬了作動(dòng)器的靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)位移輸出特性。仿真分析驗(yàn)證了磁場(chǎng)設(shè)計(jì)的合理性，以及作動(dòng)器具有良好的輸出特性。
　　在理論

3、研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)架實(shí)現(xiàn)了負(fù)載質(zhì)量變化的連貫性，以及對(duì)作動(dòng)器輸出力和輸出位移的同時(shí)測(cè)量。應(yīng)用此實(shí)驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行了不同情況下作動(dòng)器的靜態(tài)輸出特性實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)輸出特性實(shí)驗(yàn)。靜態(tài)位移輸出特性與力輸出特性測(cè)試結(jié)果顯示優(yōu)化的作動(dòng)器具有磁滯現(xiàn)象不明顯，輸出位移以及輸出力線性度好的優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)不同輸入信號(hào)頻率、電流幅值以及負(fù)載質(zhì)量對(duì)作動(dòng)器的動(dòng)態(tài)輸出特性進(jìn)行了測(cè)試。動(dòng)態(tài)輸出特性測(cè)試結(jié)果顯示作動(dòng)器的瞬態(tài)響應(yīng)快，輸出力以及輸出位移與激勵(lì)源